一个来自MRI的头有限元素模型

科学领域:

• 生物力学 生物力学
• 计算机建模 计算建模
• 神经科学是一个神经科学.

背景情况:

• 准确的头生物机械模型对于理解损伤机制至关重要.
• 现有的模型往往缺乏详细的解剖学表示和对实验数据的验证.

研究的目的:

• 使用MRI数据开发和验证一个生物忠实的头有限元素 (FE) 模型.
• 为推进大脑和头部损伤研究创建一个计算平台.
• 在各种冲击场景中评估防护设备的有效性.

主要方法:

• 开发了一个头 - 部FE模型,包括头皮,头骨,大脑,脑脊液 (CSF),硬质体,皮质体,椎,圆盘,带和部肌肉.
• 利用了一种新的脑六边形网格算法和基于健康男性参与者的MRI扫描的头皮侵蚀模型.
• 通过复制三个实验研究来验证该模型:Alshareef的大脑声微观测,NBDL的高加速度配置,以及Ito的额头冲击椎研究.

主要成果:

• 分段几何形状与文献数据密切一致 (在3σ范围内).
• 脑部位移结果与Alshareef的研究有很好的相关性 (r=0.48-0.96).
• 头部运动反应与NBDL的实验结果有很强的相关性 (r>0.97).
• 椎脊柱的峰值剪切应变值与伊藤的实验数据相比只有1σ.

结论:

• 开发的头FE模型是一个经过验证的计算工具.
• 该模型有效地模拟了冲击场景期间的生物力学反应.
• 这个平台对于推进脑损伤研究和保护设备开发有价值.